渲染管线

总体流程

Input Assembler(IA) -> VS Shader(VS) -> Hull Shader(HS) -> Tessellator Stage -> Domain Shader(DS) -> Geometry Shader(GS) -> [Stream Output(SO)] -> Rasterizer(RS) -> Pixel Shader(PS) -> Output Merget(OM)
输入（图元）装配 -> 顶点着色器 -> 外壳着色器阶段 -> 曲面细分阶段 -> 域着色器 -> 几何着色器 -> 流输出 -> 光栅化阶段 -> 像素着色器 -> 输出合并

裁剪阶段发生在VS之后，RS之前。顺序是视椎体裁剪 -> 视口剔除 -> 背面剔除。

片元和图元的一些概念

按照顺序排列：顶点 -> 图元 -> 片元 -> 像素。

图元是顶点组成的，一个顶点，一个线段，一个三角形或多边形都可以是图元。

片元是图元经过光栅化的产物，被分割成一个个像素大小的基本单位，但它不是像素！
片元是包含了各种信息的集合（比如屏幕坐标，深度，法线，纹理等信息），片元经过一些测试（比如深度测试）后才能成为像素。
可能会有多个片元竞争同一个像素，经过测试后筛选出一个合适的片元，丢弃法线和纹理坐标等不需要的信息后才能成为像素。

输入（图元）装配

从内存中读取几何数据，一般是顶点和索引，并将数据组合成几何图元（三角形或直线）。

图元拓扑

图元拓扑告诉D3D定点列表如何组织成三角形，三角形的线怎么连接。

点列表 D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_POINTLIST
点的集合，每个点都是独立的点，不连接。
线带 D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_LINESTRIP 和线列表 D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_LINELIST
线的集合，线带n+1个顶点可以形成n条直线。而线列表则是每2个顶点形成一条独立的直线，直线和直线之间不连接，2n个顶点形成n条直线。
三角形带 D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLESTRIP 和三角形列表 D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST
三角形列表会每3个定点组成一个独立的三角形，三角形带也是同样。区别是三角形列表中的三角形是分开的，三角形带是自动连在一起。
如果使用三角形带，n个顶点可以形成n-2个三角形。
带有邻接信息的图元 D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST_ADJ
每个三角形有与之相邻的3个邻接三角形，共6个顶点组成4个三角形。
主要用于几何着色器，因为某些几何着色算法需要访问邻接三角形。邻接三角形必须通过原三角形通过顶点/索引缓冲区提交给管线。
邻接三角形只能做和几何着色器的输入数据。

索引

索引指的是顶点列表的索引，运用索引可以减小内存的需求量（索引只是整数），减小图形硬件的处理负担（不用多次处理相同的顶点数据）。

顶点着色器

顶点着色器可以视为将顶点作为输入输出数据的函数，每个需要绘制的顶点都会通过顶点着色器送至硬件。
顶点着色器可以实现许多效果，比如顶点变换，光照和置换贴图映射。

顶点着色器还能访问内存中纹理和其他数据，比如变换矩阵和场景灯光。

局部坐标系和世界坐标系

局部坐标系：局部空间
世界坐标系：世界空间（全局空间）

模型会先定义在局部空间内（比如自己的空间），而后添加到整体城建内，局部坐标系就会转换成世界坐标系称，也称为世界变化，相应的矩阵称为世界矩阵。

当有多次绘制相同的物体时，可以只改变在世界空间中的位置方向和大小，不用多次复制物体数据（instancing）。

观察坐标系（观察空间）

摄像机所在的坐标系
虚拟摄像机指定了观察者可以看到的范围，或者说是生成的2D图像所显示的场景范围。
观察坐标系指定了摄像机的位置和方向。

从世界空间到观察空间的坐标转换称为观察转换，相应的矩阵称为观察矩阵。

投影与齐次裁剪空间

能看到的视锥体内容
摄像机可以看到的空间范围。目的是为了不去渲染视锥体之外的内容（剔除）。
从观察空间转换至裁剪空间，相应的矩阵被称为投影矩阵。
摄像机是一个椎体，所以

曲面细分阶段

曲面细分是指通过添加三角形的方式对一个网格的三角形进行细分，这些新添加的三角形可以偏移到新的位置，让网格细节更加丰富。

优点

曲面细分可以做LOD。
靠近相机的三角形通过细分产生更多细节，远离相机的三角形则保持不变。
可以保存一个低细节的（三角形少）网格，实时动态的额外添加三角形，但是这样计算量会上升。
在一个低细节网格上处理动画和物理效果，而只在渲染时才使用细分过的高细节网格。

曲面细分阶段是D3D11中的，D3D11之前都是在CPU中计算，之后就移到GPU中了。

几何着色阶段

顶点格式中的带有邻接信息的图元就是在这个阶段。

几何着色器以完整的图元作为输入数据（比如三角形的三个点）。
几何着色器主要优势是可以创建或者销毁几何体。通常用于一个点扩展为一个四边形，或者将一条线扩展为四边形。

与顶点着色器的不同：顶点着色器无法创建顶点，只要输入一个顶点，那么就必须输出一个顶点。

裁剪阶段

裁减掉视锥体之外的几何体。

光栅化阶段

为投影后的3D三角形计算像素颜色。

视口变化

在裁剪之后，硬件会自动执行透视除法，从齐次裁剪空间变换到规范化设备空间。构成2D图像的2Dx, y坐标变换到后台缓冲区的一个被称为视口的矩形区域内。
（变成显示器后台缓冲区的坐标，坐标单位变成像素px）

图元遍历

这个过程将检验屏幕上某个像素是否被一个三角形网格覆盖，被覆盖的区域会生成一个片元。
片元会用于最终计算每个像素的颜色。

可以理解为这一阶段是将三角形如何转换成屏幕中的像素的，会占用哪些像素。

背面消隐

按照计算三角形发现的方式，按顺时针方向环绕的三角形是朝向的，反之朝后。

因为3D空间中的大部分物体都是封闭实心的物体，当每个三角形的方向指向物体外侧时，朝前的三角形挡住了朝后的三角形，所以绘制后面（看不见）的面是无意义的。
背面消隐就是让管线放弃朝后三角形的处理，这样可以将所要处理的三角形的数量降低到原数量的一半。

当以透明方式绘制立方体时，如果不做背面消隐可以看到6个面，但是开启之后，就看到3个面。
更改背面消隐的方向，可以让效果颠倒（只渲染前面/后面）。

像素着色器

PS Shader输入是插值后的顶点属性，由此计算出一个颜色。可以实现逐像素光照，反射或阴影等效果。

输出合并阶段

像素片段生成之后，在这个阶段，一些像素片段会被丢弃（alpha测试），未丢弃的像素会被写入后台的缓冲区。

这一阶段也可能会发生混合，一个像素可以与后台缓冲区的当前像素进行混合来确认最终颜色，比如可以实现透明效果。

标签：导论,像素,片元,顶点,三角形,龙书,D3D11,着色器,管线
From： https://www.cnblogs.com/hatsuzuki/p/17431355.html

渲染管线导论（龙书笔记）